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煙草包裝機(jī)分度機(jī)構(gòu)的動靜比研究

發(fā)布時間：2020-08-20 09:15:32 |來源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

 

 前言

目前國產(chǎn)的中速及以上的包裝機(jī)基本上是通過技貿(mào)結(jié)合方式引進(jìn)意大利某公司與德國某公司技術(shù)的產(chǎn)品，隨著對這些技術(shù)掌握與研究的深入，改進(jìn)與提升國外早期技術(shù)的產(chǎn)品，需對煙草包裝機(jī)核心技術(shù)進(jìn)行研究，對其分度機(jī)構(gòu)及其動靜比進(jìn)行系統(tǒng)研究，以明確改進(jìn)方向。

1、國產(chǎn)包裝機(jī)包裝輪分度機(jī)構(gòu)的動靜比研究

    1. 國產(chǎn)包裝機(jī)包裝輪分度機(jī)構(gòu)的動靜比

國產(chǎn)包裝機(jī)包裝輪分度機(jī)構(gòu)的動靜比詳見表1。

國產(chǎn)包裝機(jī)包裝輪分度機(jī)構(gòu)的動靜比表

國產(chǎn)包裝機(jī)包裝輪分度機(jī)構(gòu)的動靜比表


注：工位轉(zhuǎn)動時間：t=60/包裝速度*轉(zhuǎn)動度數(shù)/360。

 

    1. 各包裝機(jī)干燥輪內(nèi)的停頓時間

各包裝機(jī)干燥輪內(nèi)的停頓時間見表2。

包裝機(jī)干燥輪內(nèi)的停頓時間表

 

包裝機(jī)干燥輪內(nèi)的停頓時間長短對煙包的質(zhì)量至關(guān)重要，YB28輪內(nèi)干燥時間雖然較短，其采用電感加熱系統(tǒng)對二層商標(biāo)紙之間的涂膠部位干燥也能夠滿足煙包的干燥。

    1. 各種分度機(jī)構(gòu)性能比較及分析
      1. 各種分度機(jī)構(gòu)性能比較

各種分度機(jī)構(gòu)性能比較見表3

包裝機(jī)各種分度機(jī)構(gòu)性能比較表


國產(chǎn)包裝機(jī)在400包/分的分度機(jī)構(gòu)均采用槽輪分度機(jī)構(gòu)。隨著包裝速度的提高，YB47與X6S的一號輪改用平行分度凸輪機(jī)構(gòu)，硬盒包裝機(jī)的三、四號輪圓柱分度機(jī)構(gòu)替代槽輪分度機(jī)構(gòu)，利用輸入軸與輸出軸垂直的圓柱分度機(jī)構(gòu)來簡化傳動路線，提高水平包裝輪的綜合性能。至于YB47、YB28的二號輪仍采用槽輪分度機(jī)構(gòu)，主要是其二號輪轉(zhuǎn)速分別是68.75、37.5rpm，在槽輪機(jī)構(gòu)可允許的范圍內(nèi)，且二號輪在停頓時的包裝折疊動作較多，其折疊機(jī)構(gòu)技術(shù)比較成熟。

BV包裝機(jī)采用弧面分度機(jī)構(gòu)是適應(yīng)中/重載的需要。

    1. 綜合分析

間隙運(yùn)動的包裝機(jī)中，在一個360°的周期內(nèi)，動靜比是一對矛盾。

在結(jié)構(gòu)尺寸允許的范圍里，為降低振動與噪音，提高動力學(xué)性能，希望間隙運(yùn)動轉(zhuǎn)動時間提高，增大動靜比；而眾多的包裝折疊動作是在間隙運(yùn)動的停歇期內(nèi)完成，又希望降低動靜比。

包裝速度與機(jī)器的振動與噪音又是一對矛盾，機(jī)器的包裝速度從400包/分提高

到600包/分、800包/分甚至1000包/分。

從國產(chǎn)包裝機(jī)某公司技術(shù)的產(chǎn)品提高包裝速度采用的方法是在單路的工藝路線條件下增加工位數(shù)，優(yōu)化動靜比，采用更合理的分度機(jī)構(gòu)，降低產(chǎn)生振動與噪音源，即降低加速度，提高動力學(xué)性能。

對動力學(xué)普遍方程：

 

ur r r

(Fi-mai)δri=0

 

(1)

 

 

在質(zhì)量m、半徑r基本相同的情況下，加速度a是影響動力學(xué)性能最主要因素,

 

S=1

2

at2 (2)

 

影響加速度a的主要因素從上述公式可見有S、t與m。

  1. S是角位移，降低S最常見的方法是增加包裝輪的工位數(shù)，YB25、YB47、YB28的二號輪同樣的動靜比0.6，在停頓時的同樣的包裝折疊動作，其包裝速度則從400包/分提高至550包/分、600包/分。而且轉(zhuǎn)動時間YB25為0.0563秒，、YB47為0.0409秒，角位移45°、YB28為0.0375，角位移22.5°?？梢?/font>YB28的二號輪動力學(xué)性能最佳，YB47的二號輪動力學(xué)性能存在提升空間。
  2. t是間歇運(yùn)動分度機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動時間，改變動靜比，略提高動的相位。

一號輪分析：YB25一號輪的動靜比2，t=0.1、YB47的動靜比3.186，t=0.0830、YB28的動靜比3.186，t=0.0761。YB28由動從240°提高到274°，動靜比提高1.593倍，其同時增加工位數(shù)的雙重作用下包裝速度得到提升的同時動力學(xué)性能也提高。

從分析可知，YB28一號輪的動力學(xué)性能最好，YB47一號輪較差，煙支中煙絲在一號輪轉(zhuǎn)動時易受離心力的影響掉絲，應(yīng)從二工位改為四工位。

硬盒包裝機(jī)的三號輪分析：YB45三號輪的動靜比0.6，t=0.0563、YB47的動靜比1，t=0.0545、YB47由動從135°提高到180°，在t略減少，分度機(jī)構(gòu)由槽輪改為圓柱分度的情況下速度可從400包/分提高到700包/分。

  1. 質(zhì)量m的影響:在動力學(xué)普遍方程中質(zhì)量m存在一定的影響，質(zhì)量m的影響體現(xiàn)在包裝輪的轉(zhuǎn)動慣量中，包裝輪設(shè)計無論從結(jié)構(gòu)尺寸還是材料的選用都經(jīng)過優(yōu)化，如二號輪的輕量化設(shè)計已到達(dá)一個很高的水平。分析對比幾種包裝輪設(shè)計基本相似，只是工位數(shù)變化引起的質(zhì)量m的微小變化，其對動力學(xué)影響相對上述二點(diǎn)要小。

2、某公司技術(shù)的產(chǎn)品分度機(jī)構(gòu)及動靜比分析研究

    1. 某公司技術(shù)的產(chǎn)品分度機(jī)構(gòu)及動靜比

某公司技術(shù)的產(chǎn)品分度機(jī)構(gòu)及動靜比詳見表4。

 

包裝機(jī)分度機(jī)構(gòu)及動靜比詳細(xì)表

 

某公司產(chǎn)品包裝輪的分度機(jī)構(gòu)均采用弧面分度分度機(jī)構(gòu)（YB618、779除外），YB48包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)動靜比150°:210°，某公司其他產(chǎn)品包裝機(jī)的動靜比均≥1（干燥輪動靜比0.925）。

    1. YB48包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)

包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)圖

圖1YB48包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)

YB48包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的弧面分度凸輪靜止定位面是由不相鄰的二個滾珠定位外脊，分度段由相鄰的二個滾珠控制，見圖1。

弧面分度凸輪采用的是修正正弦運(yùn)動規(guī)律（MS），屬于通用簡諧梯形運(yùn)動規(guī)律的一種。簡諧梯形組合運(yùn)動規(guī)律，是由簡諧曲線和梯形曲線組合而成，目前廣泛應(yīng)用于中速凸輪機(jī)構(gòu)中的一種改型運(yùn)動規(guī)律。它兼有簡諧運(yùn)動規(guī)律在兩端連續(xù)及梯形運(yùn)動規(guī)律最大加速度較小的優(yōu)點(diǎn)，因此能夠滿足工程上大多數(shù)中速凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計要求。

    1. FOCKEF8/FX包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)

包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)圖

圖2FOCKEF8/FX包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)

包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)圖

 

圖3FOCKEF8/FX包裝機(jī)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)

 

FOCKEF8/FX包裝機(jī)弧面凸輪為了適應(yīng)高速運(yùn)動的要求，弧面分度凸輪較YB48有三大變化：寬脊型定位、HS的運(yùn)動規(guī)律和動靜比改變。

1）寬脊型定位

弧面凸輪有左、中、右脊三個脊，凸輪靜止定位面是由二個滾珠定位左、右脊的外脊，分度段由三個滾珠控制左、中脊或中、右脊，其分度的凸輪定位面比常規(guī)設(shè)計要多一個脊，雖然加工難度大，但增強(qiáng)了其動力學(xué)性能。見圖2圖3。

2）HS的運(yùn)動規(guī)律

YB48包裝機(jī)弧面凸輪的靜止段速度、加速度均為零。

采用傳統(tǒng)方法設(shè)計的高速凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能上的不足日益明顯，這是由于構(gòu)件的彈性加之共振現(xiàn)象的可能發(fā)生有時會使靜止段的振動幅值增加到不容忽視的程度,它最顯著地表現(xiàn)在那些要求嚴(yán)格控制凸輪機(jī)構(gòu)從動件在停頓區(qū)的運(yùn)動偏差的機(jī)械中。

FOCKEF8/FX采用HS的運(yùn)動規(guī)律的高速凸輪，所謂HS的運(yùn)動規(guī)律是凸輪機(jī)構(gòu)諧綜合(Harmonicsynthesis)，對整個周期都采用有限項疊加和函數(shù)作為運(yùn)動輸出方程，其階數(shù)由固有頻率和激振頻率的比值來確定。理論研究表明：其方程在犧牲部分停歇精度（工程允許范圍內(nèi)）的情況下有效降低機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的余振響應(yīng)。

3）動靜比改變

動靜比由YB48的0.714變?yōu)?/font>0.928-1.195，降低了速度與加速度峰值。動靜比的改變也涉及關(guān)聯(lián)推煙、折疊等機(jī)構(gòu)相位改變，在靜止時間相位減少的情況下關(guān)聯(lián)推煙、折疊等機(jī)構(gòu)還需完成規(guī)定動作，需逐一分析可行性。實際上FOCKE系列包裝機(jī)偏心輪、曲柄連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多，這種機(jī)構(gòu)對動靜比為1的情況下影響有限。FOCKEF8/FX已較好協(xié)調(diào)解決動靜比的改變問題。

    1. FOCKEF8/FX與YB48弧面分度凸輪的速度與加速度對比
 

FOCKEF8/FX與YB48弧面分度凸輪的速度與加速度對比見圖4、圖5，其中粉紅色線是YB48，藍(lán)線為FOCKEF8/FX。

包裝機(jī)速度與加速度對比圖

 

3結(jié)論

從GD技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展來看從400包/分——600/700包/分——1000包/分經(jīng)歷了三個技術(shù)平臺，在400包/分的技術(shù)平臺上，采用槽輪分度機(jī)構(gòu)，能基本滿足速度要求。在速度提升時，考慮到振動與噪音，采用與速度相適應(yīng)的分度機(jī)構(gòu)，并增加包裝輪的工位數(shù)、精細(xì)化分配動靜比；并研究隨動（復(fù)合）運(yùn)動可能帶來的相位節(jié)省問題，如X3000的五號輪。當(dāng)單路的速度再次要求提升時，動靜分配到了不可調(diào)和的境地，復(fù)合運(yùn)動也已不能完全解決時間的問題時，研發(fā)了連續(xù)運(yùn)動的H1000。

從某公司的產(chǎn)品發(fā)展來看，400包/分——700/800包/分——1000/700包/分也經(jīng)歷了三個平臺期，從相位來看，其動靜協(xié)調(diào)分配的理念也和某公司一樣在逐漸加強(qiáng)。根據(jù)本文的分析，現(xiàn)在的YB48(FOCKE700S)的分度機(jī)構(gòu)動靜比的相位分配上還有一定的提升空間。

某公司的另一理念是將1000包/分的產(chǎn)品減速到700包/分，滿足用戶對效率與質(zhì)量的追求。

從目前的發(fā)展來看，煙草包裝機(jī)的本質(zhì)還是一個多機(jī)構(gòu)協(xié)同工作體，多機(jī)構(gòu)協(xié)同工作是它的核心，這個核心對于包裝質(zhì)量的穩(wěn)定、包裝速度的提高、原輔材料的適應(yīng)性有著決定性的作用。如何更加優(yōu)化的讓這些機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，對每個包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計師來說是首要考慮的問題，本文拋磚引玉，希望能夠?qū)φ趶氖逻@個行業(yè)的同仁進(jìn)一步研究。

 

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